在过去的几十年里，气候模型背后的基础科学得到了极大的改进，部分原因是称为耦合模式比对项目(Coupled Model Intercomparison Project)的协同研究工作。通过这项工作，科学家们提高了气候模型的准确性及其对地球物理过程的表示。
然而，研究人员表示，另一种用于预测气候影响的模型仍然存在很大的不确定性。这些模型被称为影响模型，它将显示大气和海洋系统变化的气候模型输出转化为对农业、洪水、干旱甚至人类健康等事物的影响。
这些结果对于规划者和政策制定者来说非常有用，但影响模型仍处于早期阶段，预测结果有些不可靠。
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这是德国波茨坦气候影响研究所的科学家致力于改进它们的主要原因。这项工作被称为跨部门影响模型比对项目 (Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project)，或 ISI-MIP，于 2012 年初启动。
本周早些时候，来自 12 个国家/地区的 30 多个参与 ISI-MIP 项目的研究团队在《美国国家科学院院刊》的特刊上发表了他们的首批研究结果。
波茨坦研究所的气候影响研究员、该项目协调员卡佳·弗里勒 (Katja Frieler) 说，影响模型是“气候模型之后的第二步，对于气候变化对人类的意义来说，这是至关重要的一步”。
虽然许多模型运行的结果存在相当大的不确定性，但这项首次尝试是与早期气候模型经历的过程相似的比较、迭代过程的一部分。弗里勒说，最终，这项工作将使影响模型更加稳健。
她说：“即使模型之间存在差异，分析它们来自哪里以及我们的不确定性实际存在于哪里也非常有帮助。”
该项目的论文也已提交给政府间气候变化专门委员会 (Intergovernmental Panel on Climate Change) 的第二工作组，该工作组将能够在评估气候变化的影响时使用他们的研究结果。
植物能适应频繁的干旱吗？
例如，该项目的一项研究探讨了气候变化对水文干旱的影响，水文干旱是一种与径流减少相关的干旱，导致河流、含水层、水库和流域其他部分缺水。
在英国沃林福德的生态与水文中心水文学家克里斯泰尔·普鲁多姆（Christel Prudhomme）的领导下，研究人员得出结论，在他们研究中使用的七个全球影响模型中，除一个以外的所有模型都显示，到本世纪末，干旱的全球范围和频率都将增加。
国家海洋和大气管理局地球系统研究实验室的气象学家马丁·霍林（Martin Hoerling）说，尽管这项研究使用了不同的干旱指标（早期工作侧重于土壤湿度），但这一发现与现有的关于气候变化和干旱的研究结果在性质上没有不同。
但普鲁多姆研究中一个不一致的结果引发了人们的疑问：一个变暖的星球可能会如何与生物圈相互作用，从而可能改变未来的干旱预测。
该研究中使用的一个影响模型考虑了植物如何适应二氧化碳的增加，该模型并未显示干旱的显着增加。该模型名为 JULES 模型，它假设植物在富含二氧化碳的大气中会“呼吸”得更少，因此在此过程中不会损失那么多水分。
普鲁多姆说：“如果植物没有使土壤变得那么干燥，那么就会有更多的水可用于径流。”
普鲁多姆认为，JULES 模型的结果应促使研究人员重新审视他们早期关于气候变化下水文干旱的结论。
她说：“存在很多不确定性，因为从降雨到河流流量的转变很复杂。” “所有这些模型都试图以略有不同的方式解决这种复杂性。”
她补充说，“现在是时候认真研究水文模型，了解它们的缺陷，了解我们还不能很好地捕捉到的过程……我们需要更好地了解为什么会这样。”
霍林同意，他说，“这些人已经展示了我们需要解决的另一层复杂性”，即植物如何对温室气体增加做出反应，以及这如何影响土壤湿度和径流。
但他还强调，尽管 JULES 模型表明全球生态系统可以减轻气候变化对地表径流和水文的影响，但所有迹象仍然表明，到本世纪末，干旱将加剧。
他说：“我不愿从中得出这样的结论，即这些作者提出了一个新的警告信号，也许干旱不会增加。” “整体证据表明，干旱的发生率将会增加。”
深入了解洪水的复杂性
另一篇论文首次使用来自各种水文模型的气候模型和河流流量模拟来解决全球洪水风险的变化。尽管科学家预计洪水的影响会随着气候变化而增加，但该研究领域发表的论文很少。
这篇论文的主要作者、英国气象局的科学家鲁特格·丹克斯 (Rutger Dankers) 说，基于被称为 RCP 8.5 的最坏情况变暖情景，结果表明，在所研究的一半河流区域中，30 年一遇的洪水到本世纪末将会更加频繁。
在洪水风险降低的地区，丹克斯认为这可能是由于与气候变化相关的降雪减少所致。
然而，洪水研究中使用的影响模型也存在一些分歧，这是不确定性的来源，他指出。例如，一些模型可能会预测某个地区的洪水增加，而其他模型则预测洪水减少。
有关不确定性的信息可以反馈给影响建模者，他们可以使用这些信息来改进模型并了解为什么会出现相互矛盾的结果。
丹克斯问道：“其背后的原因是什么，我们不确定的过程是什么？”
特刊中发表的其他影响模型研究结果着眼于对水资源可用性、农业和健康的影响 (气候电讯，12 月 17 日)。
一项研究量化了因气候变化导致的水资源短缺量，以及因简单的人口增长导致的水资源短缺量 (气候电讯，12 月 18 日)。
该研究还确定了亚马逊、地中海和东非的气候变化影响热点，在这些地区，干旱和农业等不同压力会相互作用。
波茨坦研究所的弗里勒说，她的团队计划继续改进影响建模研究。它还将其模型运行的结果公开提供给任何想使用它们的研究人员。
她说，目标是像耦合模式比对项目对气候模型所做的那样，对影响模型也这样做：将科学重点集中在需要改进的特定领域，并最终得到一组稳健、可靠的模型。
她说：“我们认为，为影响建立类似的东西会很棒，就像气候模型一样。”
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